灌缝材料粘附性的影响因素分析

2018-02-18张肃军

中国建材科技 2018年5期

张肃军

（甘肃省兰州公路管理局，甘肃兰州 730030）

0 引言

沥青路面在使用过程中，路面会出现车辙、坑槽、拥包和裂缝等病害，其中裂缝病害是最常见、数量最多的病害形式[1]。路面病害的出现会降低路面使用品质及行车舒适性，频繁引起交通事故。目前针对路面裂缝病害的主要养护措施为采用灌缝胶灌缝进行裂缝修补[2]，其中使用最为广泛的灌缝材料为加热型灌缝胶[3]。

灌缝胶对路面进行修补后要经受车辆荷载、环境因素的作用，而其粘附性对灌缝胶的性能有着重要的影响，灌缝胶粘附性的主要的评价方法为灌缝胶拉伸试验[4，5]。因此，有必要对不同环境因素作用下的灌缝胶粘附性进行合理评价，确定温度、湿度等环境因素对灌缝胶性能的影响规律。目前，国内外学者已经进行了相关研究。文献检索来看，以往的研究更多集中在研发和改性灌缝胶并对其基本力学指标进行评价。但是，并没有对不用环境影响下的灌缝胶与沥青混合料的粘附性进行评价。因此，本文基于实验室自制的灌缝胶，并在不同的环境影响作用下采用拉伸试验，对灌缝胶与沥青混合料的粘附性进行了评价。

1 原材料

1.1 基质沥青

基质沥青采用韩国SK90#沥青，技术指标如表1所示。

表1 SK90#基质沥青主要技术指标

1.2 SBS 改性剂

本文选用1301 线型SBS 改性剂，其主要技术指标如表2所示。

表2 SBS 改性剂技术指标

1.3 相容剂

选用糠醛抽出油作为SBS 改性沥青的相容剂，其主要技术指标如表3所示。

表3 糠醛抽出油的技术指标

1.4 废胎胶粉

废旧轮胎胶粉的技术指标表见4所示。

表4 橡胶粉的物理及化学技术指标

2 试验方案

2.1 灌缝材料制备工艺及拉伸试验

自制灌缝胶的改性剂剂量为：6%SBS+10%橡胶粉+1%相容剂+0.2%增粘剂。其中改性沥青制备工艺为：高速剪切时间40min，高速剪切速率3000r/min，试验温度180℃，低速搅拌时间30min。

采用用多功能测试仪对不同界面环境下的灌缝材料进行拉伸试验，并测定拉伸强度和最大荷载。采用自制的灌缝胶和某美国灌缝胶材料进行拉伸试验对比研究，分别进行五次拉伸试验，以研究其弹性恢复能力。

2.2 湿度对粘附性能影响研究方案

干燥方案：对混合料试件表面进行清理干燥，然后涂抹灌缝胶。

潮湿方案：将混合料试件表面清理干净后，放入清水中，取出用干燥的毛巾将圆柱体上表面的多余水分擦去，然后涂抹灌缝胶。

浸水方案：试件表面清理后放入清水浸泡一段时间后拿出，然后直接涂抹灌缝胶。

水侵入方案：试件表面清理干净后，涂抹灌缝料，然后放入清水中。

2.3 腐蚀对粘附性能影响的研究方案

界面腐蚀方案：将试件放入配制的氢氧化钠腐蚀溶液中放置24h，然后直接涂抹灌缝胶。

环境腐蚀方案：先在干净的界面上涂抹灌缝胶，然后将将成型好的试件放入配制的氢氧化钠溶液7d 后取出。

2.4 温度及切缝工艺对灌缝料粘附性能影响

切缝干燥方案：将试件表面磨光后并彻底干燥后涂抹灌缝胶。

切缝潮湿方案：将试件表面磨光后并放入清水中浸泡2d 后涂抹灌缝胶。

冷热循环方案：将试件表面清洁并干燥后涂抹灌缝胶于-10℃低温箱中8h，之后置于60℃恒温水箱中24h，然后取出置于25℃水浴中1h。

切缝干燥冷热循环方案：将试件表面磨光后并彻底干燥后涂抹灌缝胶于于-10℃低温箱中8h，之后置于60℃恒温水箱中24h，然后取出置于25℃水浴中1h。

表5 灌缝材料和美国产品粘附峰值力结果

表6 腐蚀界面上粘附性能对比

表7 切缝处理对两种材料粘结性能对比

3 结果与讨论

3.1 湿度对粘附性能影响

按不同方案制备好的试件放到kF 多功能测试仪进行拉伸试验，峰值力结果如表5所示。

由表5可知，界面环境从干燥到潮湿到浸水变化，灌缝材料拉伸强度下降7.2%和9.0%，试件浸水条件下，水对灌缝料粘附性能的影响反而更小，灌缝料拉伸下降幅度为2.4%。美国产品下降幅度为42.2%和45.4%，在试件浸水条件下灌缝料粘结力下降幅度为13.2%。潮湿和浸水界面环境下，灌缝料的粘附性能基本相同。

3.2 腐蚀对粘附性能影响

腐蚀试验结果如表6所示。

由表6可知，在腐蚀环境下，无论是灌缝材料还是美国产品，其粘结性能变化都很大，灌缝材料的粘附性能分别下降了79.6%和59.2%，美国产品的粘附性能分别下降了84.2%和100%。

分析原因：界面腐蚀中，由于腐蚀溶液是强碱溶液，裂缝修补材料与粘结界面接触中，灌缝料在集料之前先于强碱发生反应生成不溶于水的化合物，不具有粘结性，经过这个过程后，灌缝料的粘附性能基本消失。

3.3 温度及切缝工艺对粘附性能影响

按不同方案制备好的试件后进行拉伸试验，记录拉伸强度，试验结果如表7所示。

三种不同的界面环境下，灌缝胶粘附性均有不下降，下降幅度为40.3%和59.7%，可以看出灌缝材料在切缝处理后粘附性能有较大幅度的下降，经切缝工艺后，水对灌缝材料粘附性能的影响大幅度上升，由切缝干燥变为切缝潮湿时，灌缝材料粘附性能下降了32.6%，可以看出经过磨光处理后，水对修补材料的影响增加。试件冷热循环后，灌缝材料粘附性能下降了22.2%。最不利条件为切缝处理后试件冷热循环，灌缝材料的粘附性能下降70.5%。

美国产品在切缝干燥和切缝潮湿两种界面环境下相比界面干燥粘附性能下降25.8%和68.0%。经过冻融循环后，粘附性性能下降了31.8%，切缝处理并进行冷热循环后，材料粘附性能完全丧失，失去工作性能。

1）切缝工艺对灌缝料粘附性能影响

经过切缝处理后，裂缝壁一些细小孔洞或微裂缝被封堵，降低了灌缝料与界面的机械粘附力。经过切缝处理后，对裂缝壁进行清理过程中，要确保界面的干燥，经过切缝处理的裂缝壁，由于壁面光滑，水对灌缝料的剥离作用更易发生，使得水对裂缝修补材料的影响变大，甚至导致裂缝修补工作的失败。

2）冷热循环对灌缝料粘附性能的影响

材料所具有的冷缩热胀性质，低温下试件裂缝间距变小灌缝料受冷变硬发脆，在60℃水槽中试件裂缝间距变大，灌缝料受热变软。同时冷热交替循环下裂缝间距的热胀冷缩会将裂缝修补材料挤出裂缝，导致裂缝修补工作的失效。